光束准直度检测组件及检测方法与流程

本发明涉及红外非可见准直光技术领域，具体而言，涉及一种光束准直度检测组件及检测方法。

背景技术：

在很多领域，需要将非可见的红外光转换为准直光出射，到目前为止，针对于光束准直度检测的方法大致有两种类型：一是利用塔尔博特自身成像与叠栅现象，另一种是利用剪切干涉法。

然而，上述两种方法对于光束准直度的测量都存在制作复杂、测量范围小(大发散度光束)、成本高昂等缺点。

综上所述，如何提供一种结构简单，成本较低，操作方便的检测组件和方法，是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光束准直度检测组件，设计合理、结构简单，能够获得全面的准直光特性，实用性强。

本发明的目的还在于提供了一种光束准直度检测方法，使用上述的光束准直度检测组件，具有操作简单，方便，获得较全面的准直光特性的优点。

本发明的实施方式是这样实现的：

基于上述目的，本发明的实施方式提供了一种光束准直度检测组件，包括通光口、分光镜、聚焦透镜组件以及面阵探测器组件；

所述分光镜的纵截面为平行四边形且包括入光面和与所述入光面相邻的分光面和全反面，所述通光口位于所述入光面的背离所述分光面的一侧；

所述聚焦透镜组件设置于所述分光镜的远离所述通光口的一侧，所述聚焦透镜组件包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜能够与所述分光面相对应，所述第二透镜能够与所述全反面相对应；

所述面阵探测器组件位于所述聚焦透镜组件的远离所述分光镜的一侧，所述面阵探测器组件包括第一探测器和第二探测器，所述第一探测器与所述第一透镜相对应，所述第二探测器与所述第二透镜相对应，所述面阵探测器组件用于将所述聚焦透镜组件所形成的光信号转换为电信号。

另外，根据本发明的实施方式提供的光束准直度检测组件，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的可选实施方式中，所述通光口的轴线与所述入光面垂直，所述分光面与所述入光面之间的夹角为45°；

红外非可见准直光能够沿所述通光口的轴线从所述入光面射入，二分之一的所述红外非可见准直光能够从所述分光面射出，二分之一的所述红外非可见准直光能够经所述全反面射出。

在本发明的可选实施方式中，所述光束准直度检测组件还包括dsp主控面板，所述dsp主控面板能够同时控制所述第一探测器和所述第二探测器，处理所述面阵探测器组件探测到的电信号并显示。

在本发明的可选实施方式中，所述分光面需镀膜处理。

在本发明的可选实施方式中，所述光束准直度检测组件还包括外壳本体和光接口件，所述面阵探测器组件、所述聚焦透镜组件以及所述分光镜依次嵌设于所述外壳本体内，所述通光口开设于所述外壳本体的靠近所述分光镜的一端，所述光接口件可拆卸的设置于所述通光口，红外非可见准直光能够从所述光接口射入。

在本发明的可选实施方式中，所述第一透镜和所述第二透镜相同且均为非球面聚焦透镜。

在本发明的可选实施方式中，所述第一透镜与所述分光镜之间的距离小于所述第二透镜与所述分光镜之间的距离。

本发明的实施方式还提供了一种光束准直度检测方法，使用光束准直度检测组件，所述方法包括：

将红外非可见准直光从所述通光口射入，所述第一探测器探测到所述第一透镜收集到的光线，对所述第一探测器检测到的光斑作对数量度处理。

在本发明的可选实施方式中，所述第一探测器能够将所述第一透镜所形成的光信号转换为电信号，根据光斑辐照度的数量获得所述红外非可见准直光的发散角。

在本发明的可选实施方式中，所述第二探测器探测到所述第二透镜收集到的光线，对所述第二探测器检测到的光斑作对数量度处理，所述第二探测器能够将所述第二透镜所形成的光信号转换为电信号，通过dsp主控面板处理获得所述红外非可见准直光是呈现发散形态或者收敛形态。

本发明实施方式的有益效果是：设计合理、结构简单，可以获得更加全面的准直光的特性，实用性好，成本较低，使用方便、易操作，实用性较好，具有很好的市场推广前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施方式1提供的光束准直度检测组件的一个视角的示意图；

图2为图1的工作原理示意图；

图3为图1待检测的红外非可见准直光的光路示意图；

图4为本发明实施方式2提供的光束准直度检测方法中发散角为0mrad的光斑辐照度示意图；

图5为发散角为1mrad的光斑辐照度示意图；

图6为发散角为2mrad的光斑辐照度示意图；

图7为发散角为3mrad的光斑辐照度示意图；

图8准直光的三种形态示意图；

图9为发散角为1mrad的发散态-短光程的准直光形成的光斑辐照度示意图；

图10为发散角为1mrad的发散态-长光程的准直光形成的光斑辐照度示意图；

图11为发散角为1mrad的收敛态-短光程的准直光形成的光斑辐照度示意图；

图12为发散角为1mrad的收敛态-长光程的准直光形成的光斑辐照度示意图。

图标：100-光束准直度检测组件；10-外壳本体；13-光接口件；132-通光口；14-分光镜；142-入光面；143-分光面；145-全反面；15-聚焦透镜组件；153-第一透镜；154-第二透镜；16-面阵探测器组件；163-第一探测器；165-第二探测器；18-红外非可见准直光。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

其中图1—图3对应本发明的实施方式1，图4-图12对应本发明的实施方式2，下面将结合附图对本发明实施方式的技术方案进行详细描述。

实施方式1

如图1和图2所示，本发明实施方式1提供的光束准直度检测组件100包括外壳本体10、光接口件13、分光镜14、聚焦透镜组件15以及面阵探测器组件16。

下面对该光束准直度检测组件100的各个部件的具体结构和相互之间的对应关系进行详细说明。

光接口件13是用于提供通光口132，使得待检测的红外非可见准直光18能够由该通光口132进入到光束准直度检测组件100中，该分光镜14的纵截面为平行四边形且包括入光面142和与入光面142相邻的分光面143和全反面145，即分光面143与全反面145是相互平行的两个平面，通光口132位于入光面142的背离分光面143的一侧。

聚焦透镜组件15设置于分光镜14的远离通光口132的一侧，且该聚焦透镜组件15包括第一透镜153和第二透镜154，其中，第一透镜153能够与分光面143相对应匹配，第二透镜154能够与全反面145相对应匹配，在设置时，该第一透镜153和第二透镜154均与入光面142平行设置，且第一透镜153与分光镜14之间的距离小于第二透镜154与分光镜14之间的距离。

面阵探测器组件16位于聚焦透镜组件15的远离分光镜14的一侧，该面阵探测器组件16包括第一探测器163和第二探测器165，其中，第一探测器163与第一透镜153相对应，第二探测器165与第二透镜154相对应，且该面阵探测器组件16用于将聚焦透镜组件15所形成的光信号转换为电信号。

具体的，该通光口132的轴线与入光面142垂直，分光面143与入光面142之间的夹角为45°，从而使得待检测的红外非可见准直光18能够沿通光口132的轴线从入光面142射入，当红外非可见准直光18经过分光面143时，会被分为透射和反射传播的两束光，使该准直光的能量一分为二，二分之一的红外非可见准直光18能够从分光面143射出，二分之一的红外非可见准直光18被反射能够经全反面145射出。

从分光面143射出的准直光经过第一透镜153能够聚焦在第一探测器163上，被反射经全反面145射出的准直光经过第二透镜154能够聚焦在第二探测器165上。

在本发明的实施方式1中，分光面143需镀膜处理。

可选的，在本发明的实施方式1中，光束准直度检测组件100还包括dsp主控面板，盖dsp主控面板能够同时控制第一探测器163和第二探测器165，处理面阵探测器组件16探测到的电信号并显示。

可选的，面阵探测器组件16、聚焦透镜组件15以及分光镜14依次嵌设于外壳本体10内，通光口132开设于外壳本体10的靠近分光镜14的一端，光接口件13可拆卸的设置于通光口132处，红外非可见准直光18能够从光接口射入，其中，该光接口件13可拆卸、可更换，根据实际需求可以进行定制。

请参照图3所示，可选的，第一透镜153和第二透镜154相同且均为非球面聚焦透镜，入射红外非可见准直光18经过通光口132进入该光束准直度检测组件100，在分光面143处，分为透射和反射的两束准直光，透射准直光经过第一透镜153，焦点落在第一探测器163上，从而将光信号转换为形成电信号；反射准直光经过全反面145后，将经分光面143反射的光转45°后全出射为准直光，经第二透镜154后，焦点落在第二探测器165上，将光信号转换为另一组电信号，在本发明的实施方式1中，第一透镜153和第二透镜154均为相同的非球面聚焦透镜，形成的电信号便于后期数据处理。

如果待检测的红外非可见准直光18是一个完美的准直光，则经过探测器会形成一个非常小的光斑，如果待检测的红外非可见准直光18是一个非完美的准直光，则经过探测器会形成一个弥散斑，在本发明的实施方式1中，通过设置两个不同光路长度的透镜，不仅可以得到待检测的红外非可见准直光18的出射角，还可以获得该待检测的红外非可见准直光18是直接发散出射还是先聚焦后发散，同时可以检测准直光的能量分布。

由于目前为止，针对于光束准直度检测的方法有以下两种：

一是利用塔尔博特自身成像与叠栅现象：即当光栅由一单色准直光束照明时，在垂直于光传播方向的特定平面内将形成准确的光栅自身像，若在光栅自身像处放置第二块光栅，则可以观察到叠栅条纹。光束的非准直会引起叠栅条纹的变化。反之，由叠栅条纹的变化，即可检测光束的准直性。关于对偶线性光栅、螺旋形光栅、渐屈形光栅和圆形光栅进行光束准直度检测的研究发现，采用圆形光栅优于其他形状的光栅。

另一种是利用剪切干涉法：剪切干涉法中应用最为广泛的是默蒂的楔形板剪切干涉仪，它以干涉条纹与基准线平行作为光束准直性的基准，而非准直光束的干涉条纹与基准线之间将存在一个倾角，后来kothiyal等对该技术进行了改进，引入了自参考准直方法。

现有的这两种方法对于光束准直度的测量都存在制作复杂、测量范围小(大发散度光束)、成本高昂等缺点。

本发明的实施方式1提供的光束准直度检测组件100，采用简单的分光结构，通过将待检测的红外非可见准直光18一分为二，使其中一束光经过较短的光程就被聚焦透镜聚焦，经光探测器探测并显示探测结果，从而能够分析出当前待检测的红外非可见准直光18的发散角。

待检测的红外非可见准直光18一分为二后，两束光的光程不相同，光束发散之后的光斑半径也发生改变，该两束光经过聚焦透镜聚焦后将形成不同的形态，对比分析可获得该待检测的红外非可见准直光18的收敛形态还是发散形态，从而获得更加全面的准直光的特性。

本发明实施方式1提供的光束准直度检测组件100具有的有益效果是：设计合理、结构简单，可以获得更加全面的准直光的特性，实用性好，成本较低。

实施方式2

本发明实施方式2提供了一种光束准直度检测方法，使用上述实施方式1提供的光束准直度检测组件100，具体说明如下：

首先，采用单个探测器显示结果进行分析：

将红外非可见准直光18从通光口132射入，该红外非可见准直光18在分光镜14的分光面143上被一分为二，其中，二分之一的光从分光面143上投射出，经过第一透镜153聚焦，第一探测器163探测到第一透镜153收集到的光线，对光信号转化为电信号并对第一探测器163检测到的光斑作对数量度处理，形成第一组电信号。

该单个探测器探测到聚焦透镜收集到的光线，根据探测器上光斑的收敛程度可以判断准直光的发散程度，并计算出当前准直光的发散角。

如图4-图7所示，取四组不同发散角的准直光入射，以第一透镜153和第一探测器163为分析目标，具体如下：

分别取0mrad、1mrad、2mrad和3mrad准直光入射时在第一探测器163上检测到的光斑辐照度示意图(均作对数量度处理)，从图5-图8中就可以非常直观的看出不同发散角的准直光光斑不同。

0mrad的准直光理论上为完美的准直光，光斑的收敛程度比1mrad发散角的准直光更好。第一透镜153(即非球面准直透镜)针对于完全准直的光束来说，已经作了球差处理，所以，光斑收敛程度变差，完全是由准直光光束发散而引起的。随着发散角越大，第一探测器163所探测到的光斑越发散。

然后分析由光信号转换而成的电信号，且根据光斑辐照度的数据，完全可以分析当前准直光的发散角的大小。

其次，通过设置两个探测器的对比分析：

另外的二分之一的光从分光面143上反射后，经过全反面145出射，经过第二透镜154聚焦，第二探测器165探测到第二透镜154收集到的光线，对光信号转化为电信号并对第二探测器165检测到的光斑作对数量度处理，形成第二组电信号。

由于通过单个探测器探测的光斑，可以分析出当前准直光的发散角，而设置另一路分光的作用，在于检测出射的准直光是向外发散的还是向内收敛的。

如图8所示，为准直光所出现的三种形态：理想态、发散态以及收敛态。

如果为发散态，则经过聚焦透镜所形成的焦点位置会出现在探测器的后方，而如果为收敛态，则经过聚焦透镜所形成的焦点位置会出现在探测器的前方，该两种准直光形成的光斑形态也会不同。

对于发散态准直光：光束截面半径会随着光的传播逐渐变大，再次聚焦会更困难，相对于理想准直光，经过聚焦透镜之后，其焦点会落在理想焦点(即探测器感光面)的后面，在探测器上形成一个有一定尺寸的光斑。所以，对同一待测准直光通过分光形成了两路光束，一路光束距离聚焦透镜近，而另一路远，两者之间在经过聚焦透镜时，其光斑截面已经不一样了，光程更长的光束光斑截面会更大，而探测器接收到的光斑也就会变得更大。

对于收敛态准直光：与发散态的准直光恰好相反，光程越远，准直光的光斑截面会更小，相对于理想准直光，收敛态的准直光的焦点会落在理想焦点的前方，同样也会在探测器上形成一个有一定半径尺寸的光斑，而相对于发散态准直光，收敛态的准直光，光程越短，形成的光斑截面越大，探测器探测到的光斑也就越大，根据两个光束之间的对比，可以得到光斑的收敛和发散程度。

如图9-图12所示，为不同形态光束(其发散角均为1mrad)在探测器上光斑的辐照度，其中，图9和图10均为发散态的准直光形成的光斑辐照度成像显示(均作对数量度处理)，从图中无法直观的看出两个光斑的大小差异，可以在用dsp处理过程中，对数据进行放大处理。

则会有图11和图12所示的收敛态的准直光形成的光斑辐照度成像显示(也作对数量度处理)，从而可得出，短光程的准直光束聚焦后形成的光斑尺寸更大。通过dsp数字处理，可以量化收敛的程度。

本发明实施方式2所提供的光束准直度检测方法相对于传统的检测方法，结构简单，设计合理，实现容易，可操作性好，成本低，通过不同光程差所带来的差异，能够有利于提取出更多的准直光的特性参数，进一步优化待检测的红外非可见准直光18。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。